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科学家首次在磁性环境中观察到弧子

2013.3.18

　　美国北卡州立大学14日表示，科学家成功地在磁性环境产生了弧子(soliton)。35年前，科学家便建立了有关弧子的理论，并认为它在打造磁性环境下基于自旋的计算机方面具有重要意义。

　　弧子也称孤立波，是一种特殊形式的超短脉冲，在小范围的空间内能保持自己的大小和动量。科学家已证明，由光构成的弧子(光弧子)能用于长距离高速信息传递。然而，虽然科学家相信存在着弧子，但是在磁环境中，他们从来没有观察到过弧子。

　　北卡州立大学数学家马克·霍耶费尔通过建立数学模型向人们展示了弧子的表观特征。随后，当瑞典物理学家约翰·阿科曼和研究生马基德·莫森尼发现自己的实验数据与霍耶菲尔的数学模型相符时，他们决定要确认磁性弧子的存在。

　　所有的电子以自旋的形式拥有角动量，如同旋转的陀螺。角动量让电子自旋轴指向特定的方向。在磁场内，每个电子像陀螺那样自旋且它们的自旋几乎相同。研究中，阿科曼他们使用纳米导线将微弱的直流电流导向磁铁，为磁场中的电子群引入了能量，改变了电子的自旋，让它们出现了旋进，或者说是像陀螺出现旋转轴不再与地面垂直的状态，结果产生了微小的旋转磁微滴，也就是形成了弧子。

　　通过测量电子旋进的频率，科学家能够探测到弧子的存在。在探测的过程中，他们观察到了弧子独一无二的“签名”——伴随能量输出大跳跃的频率显著下跌，于是知道他们的实验取得了成功。霍耶菲尔表示，这些弧子被称为“耗散”，因为磁场需要消散电子旋进的能量。磁场通过平衡直流电源引入到磁性系统的能量和输出到系统外的能量来保持自己的稳定。

　　除了展示弧子存在外，科学家还发现了弧子某些有趣的特性，包括振荡运动以及周期性变形。相关的研究结果发表在《科学》杂志上。

美国磁环境弧子

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